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元素周期表上的宇宙元素 地球上没有的元素

2015-08-09 14:00  谷应科技   谷应科技  

   谷应科技讯 说起元素周期表上的宇宙元素,只有前两个元素来源于宇宙大爆炸:氢和氦。其他所有元素都来自于恒星,要么:

   · 形成于恒星内核,其中既有较轻的元素,也有较重的元素;

   · 形成于超新星,那里巨大的能量和粒子释放创造了我们所知的、在元素周期表上位置靠前的元素;

   · 形成于坍塌天体的合并,比如两颗中子星合二为一,这创造了最重的那些元素;

   · 或者形成于恒星的星云残余物,要么因为放射衰变,要么因为被高能宇宙射线剥离的原子。

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   无论如何,这些丰富的元素(与宇宙大爆炸剩下的氢和氦一起)组成了后来的一切,包括星云、恒星和行星。这包括了我们的太阳系以及里面的所有东西,例如太阳和地球。其实,地球上超过90%(按质量)的东西都曾是恒星的一部分,它们常常被多次喷射进星际空间,最后成为我们这个生机盎然的世界的一部分。

   但当我们看着元素周期表上的所有元素时,地球上缺少了一个我们原本以为存在于我们这个世界的元素,它就是第43号元素锝。一种有光泽的灰色金属,密度和铅一样,熔点超过3,000华氏度。如今,锝在地球上不是自然生成的。

   原因在于其所有的同位素都是带放射性的,其中寿命最长的同位素只有几百万年的半衰期。虽然地球在形成时含有大量的锝,但经过了40多亿年后,现在哪怕只剩下一个锝原子的几率也微乎其微。实际上,锝只能通过铀矿石(下图)等物质的衰变自然产生,每克铀能产生大约1皮克(10的-12次方克)的锝。

   当然,我们可以利用核裂变(我们已经通过这个方法制造了很多锝)或者粒子加速器制造锝,甚至可以把它的一个同位素用于医疗用途,我们至今都在这么做。虽然这种元素在地球上不是自然产生,但在恒星上却是自然生成,没有通过以上列出的任何一个过程。恒星产生锝的方式更加微妙得多,而不是简单的元素融合或者在超新星和中子星合并的恶劣环境中制造它们。

   在某些种类的恒星上存在一个非常稳定的过程,名叫S-过程,也就是慢速中子捕获过程。

   红巨星在燃烧氦时,碳-13或者氖-22的融合会产生自由中子。我们的太阳将在某一天变成红巨星,体积会膨胀到现在的100多倍。当这种事情发生时,自由中子会大量产生,它们与恒星内部的重元素结合(一次一个),使这些元素在元素周期表上慢慢地向上移动。你可能认为到达锝的位置将是个漫长的过程,但恒星在这个红巨星阶段会存在几亿年。有一种恒星名叫锝恒星,锝是其光谱的组成部分,有一颗最亮的锝恒星几乎用肉眼都能看见。

   实际上,慢速中子的这种捕获使我们可以制造比铁更重的元素,直至超过铅和铋,但锝很特殊,因为它只在红巨星上自然产生。实际上,它只出现在这类恒星生命周期的特定阶段之后:在S-过程后,在内核中产生的元素被带到恒星的外层。锝于上世纪30年代在实验室中被制造出来,但在那些红巨星上首次发现锝是在1952年。在宇宙中,只有红巨星才能自然生成锝,产量不等。

   这非常令人感兴趣,因为这意味着锝肯定是在近期才生成的,因为过了几百万年它就消失了。随着那些红巨星到达生命的终点,它们最终将把外层物质抛进行星状星云,进一步丰富星际介质,为下一代恒星和行星的形成做好准备。

   但到这种事情发生时,已经没有锝剩下了。我们从未在单个行星状星云中发现锝。这种短命元素被带到恒星表面和外层物质被抛出之间的时间间隔虽然并不长(即使只有几百万年),但是也依然足够让所有的锝在新一代恒星所需的物质准备充分前消失无踪。

   如果拥有充足的能量、资源和时间,你可以人工制造锝。但如果你想在自然界中找到它呢?你只有两个选择:要么等待几十亿年让相关的放射衰变发生,要么前往红巨星生命的最后阶段,在这种短命的金属元素中徜徉。


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